第01章_数据通信基本概念资料.ppt

1.1 通信基本概念 1.1.1 消息、信息、信息量、数据与信号 通信就是对消息或信息进行传输。 消息是对于客观世界发生变化的描述或报道。 如，某地发生地震，世界气候在变暖，人的平均寿命在增加等，这就是消息。对客观世界的变化，人类常用语言、文字、相片、图像、数字来进行描述。因此，语言、文字、相片、图像、数字等就成为消息的表现形式。 信息就是表达消息中的内容，是对客观物质的反映。 一条消息中信息的大小用信息量来度量，它用该消息中所含内容发生的可能性(即发生概率P)的倒数的对数表达，即 I=log２(1/P) 信息量I的单位有两种，最常用的单位是在上面的公式中对数取2作为底，这时信息量I的单位为比特(bit)(不同于二进制的位)；当在上面的公式中对数取e作为底时，则信息量的单位为奈特(nat)，这种单位比较少用。 从公式中可知：事件发生的概率越高，则信息量越少。 数据是一种承载信息的实体，它涉及到事物的具体形式，是任何描述物体、概念、情况、形式的事实、数字、字母和符号。数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。 信号是消息或者说是信息的携带者，是数据的具体表现形式。信号在形式上是一种具有变化的物理现象。 在通信技术中，一般使用电、光信号来传输信息。根据利用不同的电、光信号来作为信号实现的通信方法，就形成了不同的通信系统。通信系统中传递的是携带消息或信息的电、光信号。 所以说信号是数据的表现形式，或称数据的电磁或电子编码，它能使数据以适当的形式在介质上传输。 1.1.2 信号的分类 信号根据载体的不同，可以是电、磁、声、光、热等的各种信号。对于同一种信号，又可以从不同角度进行分类。 　　连续时间信号和离散时间信号：如果信号的时间变量是连续的，则称为连续时间信号，若幅度也是连续的，则称为模拟信号，如图1.1所示；如果时间变量是离散数值，则称为离散时间信号，若幅度也是离散的，则称为数字信号，见图1.2所示。 (1) 确定信号和随机信号：如果信号在任意时刻的取值都能够确定，则称为确定信号，即给定某个时间值，就可以确定相应的函数值；如果信号的取值是随机的，在某个时刻，它的取值是不确定的，则称为随机信号。 (2) 周期信号和非周期信号：如果信号满足x(t)=x(t+kT)，其中，T为信号周期，k为正整数，则称为周期信号；否则是非周期信号。 (3) 一维信号和多维信号：信号的变量可以是时间、频率或其他物理量，如果信号是一个变量(如时间)的函数，则称为一维信号；若信号是两个变量的函数，则称为二维信号；如果信号是多个变量的函数，则称为多维变量。 1.2 数据通信系统 1.2.1 通信系统模型 通过任何媒体将信息从一地传送到另一地都称之为通信，通信系统由信源、发信终端、传输媒介、收信终端和信宿组成。图1.3为通信系统模型组成框图。 信源提供的语音、数据、图像等待传递信息由发信终端设备变换成适合于在传输媒介上传送的通信信号发送到传输媒介上传输，当该信号经传输媒介进行传输时，被叠加上了各种噪声干扰，收信终端将收到的信号经解调等逆变换，恢复成信宿适用的信息形式，这一过程就是对通信系统工作原理的简单描述。 通信系统分为模拟通信和数字通信，以模拟信号来传送信息的通信方式称为模拟通信，以数字信号传送信息的通信方式称为数字通信。 1. 模拟通信系统 模拟通信系统模型如图1.4所示，模拟通信中，信源输出的模拟信号经调制器进行频谱搬移，使其适合传输媒体的特性，再送入传输信道传输。在接收端，解调器对收到的信号进行解调，使其恢复成调制前的信号形式，传送给信宿。模拟通信的传输信号的频带占用比较窄，信道的利用率较高。但是模拟通信的缺点也很突出，如抗干扰能力差、必威体育官网网址性差、设备不易大规模集成，不适应计算机通信的需要。 2. 数字通信系统 图1.5所示为数字通信系统组成框图，图中信源编码器的作用是将信源发出的模拟信号变换为数字信号，称为模/数(A/D)转换，经过A/D转换后的数字信号称为信源码。信源编码器的另一个功能是实现压缩编码，使信源码占用的信道带宽尽量小。信源码不适于在信道中直接传输，因此要经过信道编码器进行码型变换，形成信道码，以提高传输的有效性及可靠性。在接收端，信道译码器对收到的信号进行纠错，消除信道编码器插入的多余码元，信源译码器把得到的数字信号还原为原始的模拟信号称为数/模(D/A)转换，提供给信宿使用。当然数字信号也可采取频带传输方式，这时需用调制器和解调器对数字信号进行调制，将其频带搬移到光波或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道进行传输。 数字通信系统相对模拟通信系统具有以下特点： (1) 抗干扰能力强、无噪声积累。在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输